CN108507930B - 直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置，包括侧部壳体、顶部壳体和承台装置，在顶部壳体上设置有上进水口和上排气口，在侧部壳体的内壁固定有环向密封板，由环向密封板围成的腔室通过隔水板被分为上部分和下部分，在隔水板上设置有活塞和底部密封板，在底部密封板与顶部壳体之间形成渗透腔室，底部密封板与环向密封板之间通过密封连接，在隔水板的下方设置有包括传力杆的传力机构，与外部气压控制装置相连的气压加载单元通过传力机构向活塞施加压力；在渗透腔室侧面的水平X轴向以及水平Y轴向各设置一组水平进水口和水平排水口；在渗透腔室下部设置有下排水口。本发明可以较为准确地测量三向渗透系数。

Description

直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，尤其涉及一种可以直接测量软粘土水平向和垂直向渗透系数的试验装置。

背景技术

岩土工程中的土体不是指一般土的组合体，而指与工程地基，建筑稳定相关的土层。土体由土颗粒、孔隙水、孔隙气组成，其中软粘土是粘粒含量较多，塑性指数(Ip)一般大于17的粘性土。软黏土地基沉降的计算和预测一直是岩土工程等领域最为重要的研究课题之一。软黏土渗透系数各向异性的大小会直接影响到软黏土地基的固结度和工后沉降计算，软黏土的研究对地基为软黏土的工程项目的建设和运营的安全具有指导意义。传统水平渗透性能测试装置无法较准确地模拟地基土体的实际工况，调节精度较低、使用稳定性较差、测量误差过大，而且目前关于不同软黏土初始和一维变形诱发的渗透系数各向异性的大小及其影响因素还不十分明确，大多数情况下只是估计或简单测量渗透系数各向异性的初始大小，而且没有考虑其随一维变形的发展。明确不同软黏土初始和一维变形诱发的渗透系数各向异性的大小及其影响因素，有助于准确预测软黏土地基上所建工程的工后沉降和不均匀沉降。如今的可以测量水平、垂直渗透系数的仪器，由于渗透过程中液体会在透水石中渗透至排水口而非从土体中渗透，影响渗透系数测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以在室内进行试验土体的垂直单向、水平双向的联合测定，可以达到准确测量在不同水力梯度、不同变形条件、不同固结压力条件下一维变形的水平、垂直三向渗透系数的试验装置。为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置，包括侧部壳体、顶部壳体和承台装置，侧部壳体置于承台装置上面，在顶部壳体上设置有上进水口和上排气口，其特征在于，在侧部壳体的内壁固定有环向密封板，由环向密封板围成的腔室通过隔水板被分为上部分和下部分，在隔水板上从下向上依次设置有活塞和底部密封板，在底部密封板与顶部壳体之间形成渗透腔室，底部密封板与环向密封板之间密封连接，在隔水板上开设有通孔，在隔水板的下方设置有包括传力杆的传力机构，传力杆穿过所述的通孔与活塞底部相连，与外部气压控制装置相连的气压加载单元通过传力机构向活塞施加压力，能够推动活塞和底部密封板上下移动；在渗透腔室侧面的水平X轴向以及水平Y轴向各设置一组水平进水口和水平排水口；在渗透腔室下部设置有下排水口；下排水口通过引流管向外排水。

优选地，在下排水口处设置有与底部密封板相连接的透水石，在各个水平进水口和水平排水口处均设置有与环向密封板相连接的透水石，在上进水口和上排气口处的设置有与顶部壳体相连接的透水石。

相对于现有技术，本发明的直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置，兼容渗透和渗压功能，也兼具直接测量竖直方向垂直渗透系数与水平X、Y的方向的水平渗透系数功能，因此可以直接取土样在不同变形条件下与在不同固结压力下测量垂直或水平渗透系数。可以通过外加的气压控制装置调节渗透压，进行类似常水头或者变水头的渗透实验，通过处理器控制调节渗透压力进行不同水力梯度下的水平方向排水的渗透实验。

附图说明

图1本发明的直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置。

图2本发明的试验装置的外观图。

构成本发明的一部分说明的附图用来对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

1—上进水口，2—顶部金属壳体，3—环向密封板，4—水平X轴向进水阀，5—水平X轴向进水口，6—O型环，7—下排水口，8—隔水板，9—气压加载单元，10—传力杆，11—承台装置，12—引流管，13—活塞，14—底部密封板，15—渗透腔室，16—圆形透水石，17—水平X轴向排水阀，18—水平X轴向排水口，19—侧部金属壳体，20—温度测量装置，21—上排气口，22—上进水阀，23—固定件，24—水平Y轴向进水阀，25—固定柱，26—上排气阀。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实例来详细说明本发明。

如图1，本发明的试验装置，包括金属外壳体，所述金属外壳体底部为承台装置11，所述试验装置主体通过固定柱25与固定件23固定在承台装置11上，所述承台装置11与侧部金属壳体19相连，所述侧部金属壳体19的下部设置气压加载单元9，气压加载单元一端与仪器外部气压控制装置(未画出)相连接，另一端通过传力杆10与活塞13相连，活塞13底部设置有隔水板8，所述隔水板8可以防止渗透过程中液体渗漏导致测量结果不准确，所述活塞13上部设置底部密封板14，所述底部密封板14和活塞13均开始有通孔，在通孔处设置有下排水口7，下排水口7处设置有与底部密封板相连接的透水石(图中未标出)，下排水口7通过引流管12向外排水，引流管12需要穿过隔水板。所述底部密封板14用O型环6与环向密封板3连接，所述O型环可以在固结过程中防止液体渗漏，所述底部密封板14上方是测量土体渗透系数的渗透腔室15，所述渗透腔室15水平X、Y方向各设置一对进水口、出水口，以水平X轴为例，所述水平X轴进水口5与环向密封板3与侧部金属壳体19相连，所述水平X轴进水口5设置有进水阀4，所述水平X轴进水口5为圆形并设置有圆形透水石16，所述圆形透水石16与环向密封板3相连，所述圆形透水石16的功能是防止渗透过程土体从相接部分渗透，从而对试验结果产生误差，所述水平X轴向出水口18与水平X轴进水口5类似，所述渗透腔室15上部设置上进水口1与上排气口21，所述上进水口1、上排气口21与顶部金属壳体2相连，相连处设置有透水石(图中未标出)，并且各设置有上进水阀22与上排气阀26，所述顶部金属壳体中设置有温度测量装置20，所述温度测量装置可以测量温度对渗透的影响，打开水平X轴进水口5、水平X轴向排水口18可以进行水平X向渗透系数测量，打开水平Y轴进水口(未画出)、水平Y轴排水口(未画出)可以进行水平Y向渗透系数的测量，关闭水平X、Y向进水口、出水口并打开上进水口1、下排水口7可以测量垂直渗透系数，利用气压加载单元9调节活塞13上荷载大小和速率以改变变形条件和固结压力可以用来测量以为变形条件下的水平渗透系数或者垂直渗透系数。

实验时，将土体放置于渗透腔室15中，对土样进行水平向渗透系数的直接计算时，以测量X轴向水平渗透系数为例，调节水力梯度，对土样进行水平渗透实验，打开水平X轴进水口5上的阀门4，打开水平X轴向排水口18及其阀门17在进水口、出水口放入圆形透水石16，在X轴向渗透腔壁贴上滤纸，关闭其他进、出水口，打开上排气口21，打开温度测量装置20监测温度对渗透的影响，按照一定水力梯度与速率向渗透腔室内土样注水，以便形成渗透，通过对渗透出液体流量的记录，将数据导出至计算机计算即可直接得出土样水平X轴向渗透系数的数据；水平Y轴向渗透系数与水平X轴渗透系数测量方法同理；对土样进行垂直渗透系数的计算时，打开上进水口1的进水阀22，打开下排水口7以及引流管12与其上的阀门(未画出)，在各个进水口、出水口放入圆形透水石16，在垂直向渗透腔壁贴上滤纸，关闭其他进、出水口，打开上排气口21，打开温度测量装置20监测温度对渗透的影响，按照一定水力梯度与速率向渗透腔室内土样注水，以便形成渗透，通过对渗透出液体流量的记录，将数据导出至计算机计算即可直接得出土样垂直渗透系数的数据；操作气压控制装置通过传力杆10利用活塞13对渗透腔室15施加荷载，以改变固结压力与变形条件，在通过上述操作可以计算出土体固结条件下的水平X、Y、垂直三向渗透系数。

以上通过实例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认定用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (1)

1.一种直接测量软粘土不同固结压力下三向渗透系数的试验装置，包括侧部壳体、顶部壳体和承台装置，侧部壳体置于承台装置上面，在顶部壳体上设置有上进水口和上排气口，其特征在于，在侧部壳体的内壁固定有环向密封板，由环向密封板围成的腔室通过隔水板被分为上部分和下部分，在隔水板上从下向上依次设置有活塞和底部密封板，在底部密封板与顶部壳体之间形成渗透腔室，底部密封板与环向密封板之间密封连接，在隔水板上开设有通孔，在隔水板的下方设置有包括传力杆的传力机构，传力杆穿过所述的通孔与活塞底部相连，与外部气压控制装置相连的气压加载单元通过传力机构向活塞施加压力，能够推动活塞和底部密封板上下移动；在渗透腔室侧面的水平X轴向以及水平Y轴向各设置一组水平进水口和水平排水口；在渗透腔室下部设置有下排水口；下排水口通过引流管向外排水；在下排水口处设置有与底部密封板相连接的透水石，在各个水平进水口和水平排水口处均设置有与环向密封板相连接的透水石，在上进水口和上排气口处的设置有与顶部壳体相连接的透水石；所述顶部壳体中设置有温度测量装置，所述温度测量装置用于测量温度对渗透的影响。